Tính toán các bộ truyền ngoài đai, xích hoặc bánh răng.. Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc bánh răng, trục vít.. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG..
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Trang 2Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2021
Trang 3ĐỒ ÁN THIẾT KẾ (ME3139) Học kỳ I / Năm học 2021 - 2022
Sinh viên thực hiện: KIỀU TRUNG TÍN
Người hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Thanh Nam
Ngày hoàn thành:
ĐỀ TÀI
MSSV: 1910610
Ký tên: Ngày bảo vệ:
Đề số 17: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG XÍCH TẢI
Phương án số:01
Hệ thống dẫn động xích tải gồm: 1- Động cơ điện 3 pha không đồng bộ; 2- Bộ truyền
đai thang; 3- Hộp giảm trục vít - bánh răng; 4- Nối trục đàn hồi; 5- xích tải
(Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ)
Trang 4Số răng đĩa xích dẫn, z = 9 răng
Bước xích, p = 110mm
Thời gian phục vụ, L = 6 năm
Số ngày làm/năm, K ng = 220 ngày
Số ca làm trong ngày, 2 ca
Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ
Chế độ tải: T1 = T; ti = 60 giây; T2 = 0,6T; t2 = 35 giây
YÊU CẦU
01 thuyết minh;
01 bản vẽ lắp A0; 01 bản vẽ chi tiết
NỘI DUNG THUYẾT MINH
1 Xác định công suất động cơ và phân bố tỉ số truyền cho hệ thống truyền cho hệ thống
truyền
động
2 Tính toán thiết kế các chi tiết máy:
a Tính toán các bộ truyền ngoài (đai, xích hoặc bánh răng)
b Tính các bộ truyền trong hộp giảm tốc (bánh răng, trục vít)
c Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các bộ truyền và tính giá trị các lực
d Tính toán thiết kế trục và then
Trang 51.1 Chọn động cơ 2
1.1.1 Công suất trên trục công tác 2
1.1.2 Công suất tính toán 2
1.1.3 Chọn hiêu suất của hệ thống 2
1.1.4 Tính công suất cần thiết 2
1.1.5 Số vòng quay của trục công tác 2
1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ 2
1.1.7 Chọn động cơ điện 3
1.2 Phân phối tỷ số truyền 3
1.3 Bảng đặc trị 3
1.3.1 Phân phối công suất trên các trục 3
1.3.2 Tính toán số vòng quay trên các trục 3
1.3.3 Tính toán moomen xoắn trên các trục 4
1.3.4 Bảng đặc trị 4
PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG 5
2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai 5
2.2 Xác định các thông số của bộ truyền 5
2.2.1 Đường kính bánh đai nhỏ 5
2.2.2 Vận tốc đai 5
2.2.3 Định kích thước bánh đai lớn 5
2.2.4 Chọn khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện 5
2.2.5 Chọn chiều dài đai 6
2.3 Kiểm nghiệm đai 6
2.3.1 Số vòng chạy của đai trong mộtgiây 6
2.3.2 Tính lại khoảng cách trục 6
2.3.3 Góc ôm đai của bánh đai dẫnđộng 6
2.3.4 Các hệ số sử dụng 6
Trang 62.3.8 Tìm hệ số ma sát để bộ truyền không trượt 7
2.3.9 Lực tác dụng lên trục 7
2.3.10 Ứng suất lớn nhất trong dây đai 8
2.3.11 Tuổi thọ đai 8
2.3.12 Bảng thông số bộ truyền đai 8
PHẦN 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN TRONG 9
3.1 Tính toán bộ truyền trục vít - bánh vít 9
3.1.1 Tính sơ bộ vận tốc trượt 9
3.1.2 Tính thiết kế 10
3.1.3 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 11
3.1.4 Kiểm nghiệm độ bền uốn 12
3.1.5 Giá trị các lực tác dụng 12
3.1.6 Các thông số bộ truyền trục vít 13
3.1.7 Tính nhiệt truyền động trục vít 14
3.2 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng 15
3.2.1 Chọn vật liệu 15
3.2.2 Xác định ứng suất cho phép 15
3.2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục 17
3.2.4 Xác định các thông số ăn khớp 17
3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc 18
3.2.6 Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn 20
3.2.7 Kiểm nghiệm quá tải 21
3.2.8 Lực tác dụng lên bộ truyền bánhrăng 21
3.2.9 Các thông số và kích thước bộ truyền 21
3.2.10 Kiểm tra điều kiện bôi trơn, ngâm dầu 22
PHẦN 4 THIẾT KẾ TRỤC - THEN - Ổ LĂN - NỐI TRỤC 24
4.1 Thiết kế trục và chọn ổ lăn: 24
4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo các trục 24
4.1.2 Xác định sơ bộ đường kính trục 24
Trang 74.1.6 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 34
4.1.7 Tính kiểm nghiệm độ bền của then 37
4.2 Chọn ổ lăn 38
4.2.1 Trục 1 38
4.2.2 Trục II 41
4.2.3 Trục III 43
4.3 Tính toán nối trục: 45
4.3.1 Moment xoắn trên nối trục: 45
4.3.2 Hệ số chế độ làm việc: 45
4.3.3 Chọn nối trục 45
4.3.4 Kiểm tra độ bền uốn của chốt: 45
4.3.5 Kiểm nghiệm điều kiện bền dập giữa chốt và nòng cao su: 45
PHẦN 5 CHỌN THÂN MÁY - BU-LÔNG VÀ CÁC CHI TIẾT PHỤ KHÁC 49
5.1 Xác định kích thước vỏ hộp 49
5.2 Chọn các chi tiết phụ khác 50
5.2.1 Vòng móc 50
5.2.2 Chốt định vị 51
5.2.3 Cửa thăm 51
5.2.4 Nút thông hơi 52
5.2.5 Nút tháo dầu 53
5.2.6 Que thăm dầu 53
5.2.7 Đệm vênh 54
5.2.8 Vòng phớt 54
5.2.9 Vòng chắn dầu 55
5.2.10 Đai ốc và đệm cánh 55
5.2.11 Ống lót 56
5.3 Bôi trơn hộp giảm tốc 57
5.3.1 Chọn phương pháp bôi trơn hộp giảm tốc 57
5.3.2 Chọn dầu bôi trơn hộp giảm tốc 58
Trang 86.3 Dung sai khi lắp vòng chắn dầu 59
6.4 Dung sai khi lắp bạc chặn trên trụctuỳđộng 59
6.7 Dung sai và lắp ghép nắp ổ 59
6.8 Dung sai lắp ghép then lên trục 59
6.9 Bảng dung sai 60
PHẦN 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62
Trang 9LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án Thiết kế là một đồ án chuyên ngành chính của sinh viên ngành Cơ khí Việctính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí là nội dung không thể thiếu trong chương trìnhđào đạo kỹ sư cơ khí nhằm cung cấp các kiến thức quan trọng cho sinh viên về kết cấumáy
Nội dung đồ án bao gồm những vẫn đề cơ bản trong thiết kế máy và hệ thống dẫnđộng, tính toán thiết kế chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu và khả năng làm việc, thiết
kế kết cấu chi tiết máy, vỏ hộp, chọn cấp chính xác, lắp ghép, dung sai và phương pháptrình bày bản vẽ Thuật ngữ và kí hiệu dùng trong đồ án dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam,phù hợp với thuật ngữ và kí hiệu quốc tế
Quá trình tính toán và thiết kế tham khảo các giáo trình như Tính toán hệ thống dẫnđộng cơ khí, Cơ sở thiết kế máy, Dung sai và lắp ghép Qua đó từng bước giúp sinh viênlàm quen với công việc thiết kế phục vụ nghề nghiệp của mình khi ra trường
Em xin được chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Nam đã hướng dẫn tận tình,đưa
ra những lời khuyên và dành nhiều sự đóng góp để em có thể hoàn thành đồ án này
Tuy vậy, trong quá trình thực hiện cũng không thể tránh khỏi sai sót, do đó emmong
được sự góp ý thêm từ phía các giảng viên để có thể rút ra được những kinh nghiệm, phục
vụ cho công việc thiết kế sau này Em chân thành cảm ơn
Sinh viên thực hiện
Trang 10SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 2Kiều Trung Tín
Trang 111.1.3 Chọn hiêu suất của hệ thống
Hiệu suất chung cho cả hệ thống truyền động:
h ^MMÌ = 0,96.0,82.0,98.1.0,994 = 0,74
2
.35
= 10,62(kW )
Trong đó, theo bảng 2.3 trang 19 tài liệu tham khảo [1]:
7 HÍ = 1: hiệu suất nối trục đàn hồi
^ = 0,82 : hiệu suất bộ truyền trục vít với z x = 2
7Ếr = 0,98: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
7^ = 0,96 : hiệu suất bộ truyền đai thang
ựoZ = 0,99 : hiệu suất ổ lăn
1.1.4 Tính công suất cần thiết
Công suất cần thiết của động cơ: P ct = 10,62= 14,35 (kW )
0,74
1.1.5 Số vòng quay của trục công tác
Số vòng quay trên trục công tác: n lv = 60000V
z P
60000.0,45
9 110 = 27,27 (vòng/Phút)
1.1.6 Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ
Theo bảng 2.4 trang 21 tài liệu tham khảo [1], ta chọn tỉ số truyền bộ truyền đaithang với: ud = 2
Tỉ số truyền chung được xác định: u ch = u u dt = 40.2 = 80
Với u h = 40: Tỉ số truyền của của hộp giảm tốc trục vít - bánh răng
u dt = 2: Tỉ số truyền của bộ truyền đai thang
Số vòng quay sơ bộ của động cơ:
1.1.2 Công suất tính toán
Công suất tính toán:
P t =Fv1000 27000.0,451000 = 12,15(kW)
=P t
Trang 12SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 4
Với hệ số công suất cos (p = 0,92; hiệu suất 77 = 88,5%;
1.2 Phân phối tỷ số truyền
Tỷ số truyền chung của hệ dẫn động:
^ U = 10,78
Trong đó dựa vào đồ thị hình 3.24 trang 47 tài liệu [1], ta có:
U1 = f(U h ,Y,c)với c = c xQẢ 1 , tg Y = 0,2
Vì là hộp giảm tốc trục vít - bánh răng nên U = 10; U2 = 5,3
Vậy tỷ số truyền của bộ truyền đai thang: U d = —— = = 2,03
Trang 14SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 6
Trang 15PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN NGOÀI
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI THANG
(Ve yêu cầu lựa chọn thiết kế bộ truyền nào trước, do hộp giảm tốc sẽ được chế tạo ở nhà
máy, còn bộ truyền đai thang sẽ phải nhập từ nhà chế tạo khác Như vậy, bộ truyền đai thang sẽ cần chuẩn hóa cao hơn, tỉ số truyền khó điều chỉnh hơn so với hộp giảm tốc nên
- Điều kiện làm việc: Quay một chiều, tải va đập nhẹ, 1 ca làm việc 8 giờ.
2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai
Theo bảng công suất và số vòng quay hình 4.1 ta chọn loại đai thang hẹp loại SPAvới các thông số bảng 4.13 tài liệu [1]:
- Giả sử ta chọn hệ số trượt tương đối: ế = 0.01
- Đường kính bánh đai lớn:d2 = du(1 - è ) = 200.2,03(1 - 0.01) = 401,94mm
Trang 16SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 8
- Theo tiêu chuẫn ta chọn: d2 = 400 mm
- Tính lại tỉ số truyền:
2 d (1 -ế) 200.(1 - 0.01)
- Sai số của tỷ số truyền 0,49 %
2.2.4 Chọn khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện
- Khoảng cách trục a nhỏ nhất xác định theo điều kiện:
0.55(d + d2 ) + h < a < 2(d + d2 )
0,55(200 + 400) + 10,5 < a < 2(200 + 400)
340,5 < a < 1200 mm
Trang 17- Với u = 2,03 ta chọn sơ bộ a = 1,2, Theo bảng 4.14
Theo bảng tiêu chuẩn ta chọn L = 3150mm
2.3 Kiểm nghiệm đai
2.3.1 SÔ vòng chạy của đai trong một giây
Trang 18SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 10
2.3.3 Góc ôm đai của bánh đai dẫn động
Theo bảng 4.8 Công suất có ích cho phép [ P 0 ] theo GOST 1284.3 - 96
P
- Hệ số ảnh hưởng của số dây đai: Cz=0.95 (hai hoặc ba đai) = 1,5
- Hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai: C L = 3150= 1,03 ;Với L = 2500mm
Trang 19- Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng,tải va đập nhẹ, làm việc 2 ca:
với d=200mm và v=30,69; đai thang hẹp loại SPA ta có [ PO]= 11,03 kW
2.3.5 Số đai được xác định theo công thức
z > r 1 = ~ 7 n = 1,15
[ P ] CCCCCC 11,03.0,92.1,12.1,03.2,62.0,8.0,58
Chọn z = 2 Chọn 2 đai
2.3.6 Xác định chiều rộng bánh đai và đường kính ngoài bánh đai
- Với đai thang hẹp loại SPA, ta có H = 16; h = 3; t = 15; e = 10
- Lực căng ban đầu :
F = Aơ 0 = zẢ 1 ơ 0 = 2.95.1 = 190V với đai thang hẹp loại SPA có A1=95 m, ơ 0 =
Trang 20SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 12
2.3.8 Tìm hệ số ma sát để bộ truyền không trượt
- Ta có: F0= F ^ ef f P
+ 1) ;
- Hệ số ma sát để bộ truyền không bị trượt trơn (biên dạng góc của đai ỵ =380)
fmin = f sin( j) = 1,33sin190= 0,43
2.3.9 Lực tác dụng lên trục
F - 2F0 sin(a1) = 2.285 sin(2,59) = 548,46N
Trang 212.3.10 Ứng suất lớn nhất trong dây đai
CT= <T + <T, + ơ„, = ơn + 0.5ơ, + ơ + ơ,,ỵ
Trong đó: ơ r = 9MPa - giới hạn mõi của đai thang
m = 8 - số mũ của đường cong mỏi đối với đai thang
2.3.12 Bảng thông số bộ truyền đai
Bảng 2.1 Các thông số bộ truyền đai thang
Trang 22SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 14
Trang 233 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ
TRUYỀN TRONG 3.1 Tính toán bộ truyền trục vít - bánh vít
- Với Vsb < 4m/s dùng đồng thanh thiếc kẽm chì, cụ thể là BCuSn5Zn5Si5 để chế tạo
bánh vít đúc khuôn kim loại ƠẾ = 250 MPa, ơd = 100 MPa
+ ơ b: Giới hạn bền kéo của vật liệu
+ C v : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vấn tốc trượt Chọn Cv =0,88 theo bảng 7.9
Trang 24SVTH: Kiều Trung Tín - MSSV:1910610 Trang 16
Trang 25[^ ] = 0,25^ + 0,08^ = 0,25.250 + 0,08.100 = 150,5 (MPa)
- Dùng trục vít được thấm cacbon hoặc tôi đạt độ rắn HRC > 45, mặt ren được mài
và đánh bóng nên [ơFO ] = 188,13 (Mpa) (tăng thêm 20%)
+ Ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải:
K ]max = 4ơ ch = 4.100 = 400 MPa
+ Ứng suất uốn cho phép khi quá tải:
Trang 26Do đó: a w= m (q + z2) = -^-.(10 + 40) = 221,38
- Lấy Theo tiêu chuẩn SEV229-75, làm tròn a w = 250, tính hệ số dịch chỉnh:
x = a - 0,5(q + z2) = 250- 0,5.(10 + 40) = 0 (thỏa điều kiện -0,7 < x < 0,7)
(hệ số phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng);
Với: Z1 = 4 - số mối ren trục vít, q = 10 nên hệ số biến dạng của trục vít 0 = 70
(bảng 7.5 trang 153 tài liệu tham khảo [1])
< [^ H ]
Ơ
H =
Trang 28ọ = arctan f ' = arctan(0,048 / V0,36) = arctan(0,048/0,830,36) = 2,930
- Do đó hiệu suất bộ truyền:
Trang 29Khoảng cách trục a w, mm 250
Trang 30- y = 0,25 - hệ số kể đến sự thoát nhiệt qua đáy hộp xuống bệ máy;
- K tq = 29(ứng với n = 1500 vòng/phút) - hệ số tỏa nhiệt của phần bề mặt hộp đượcquạt;
- Thừa nhận [t d ] = 90 0C (trục vít đặt dưới bánh vít) - nhiệt độ cao nhất cho phép
của dầu; t ữ = 20 0 C - nhiệt độ môi trường xung quanh;
- Công suất trên trục vít:
Trang 31Bánh nhỏ d3: Thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 241 - 285; có giới hạn bền
7 = 850 MPa; giới hạn chãy = 580 MPa
Bánh lớn d4 giống với vật liệu của bánh nhỏ: Thép C45 tôi cải thiện đạt độ rắn HB =
192 - 240; có giới hạn bền 7 = 750 MPa; giới hạn chãy = 450 MPa
3.2.2 Xác định ứng suất cho phép
- Theo bảng 6.2 trang 94 tài liệu tham khảo [3] với thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn
HB = 180 - 350, ta có:
S H = 1,1 - hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc
S p = 1,75 - hệ số an toàn khi tính về uốn
<70 fflim = 2HB + 70 - ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở
<70 ,ir = 1,8HB - ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kỳ cơ sở
Trang 32CT0 Flim= 1,8HB4= 1,8.230 = 414 (MPa)
495,46 ^ 602,28 ^ thỏa điều kiện ứng suất tiếp xúc
- Ứng suất quá tải cho phép:
Í^ H 13max = 2,8^ = 2,8.495,46 = 1387,29 (MPa)
Trang 333.2.3 Xác định sơ bộ khoảng cách trục
- Trong đó:
^ = 0,4 (theo bảng 6.6 trang 97 tài liệu tham khảo [1]), chọn hệ số ^ = 0,4 do vị
trí bánh răng không đối xứng với các ổ trong hộp giảm tốc và cấp chậm trong hộpgiảm tốc
K a = 43MFa VĨ - hệ số phụ thuộc vào vật liệu của cặp bánh răng và loại răng
(theo bảng 6.5 trang 96 tài liệu tham khảo [1]);
= 0,53^ ba (u br +1) = 1,3, do đó:
K 3 = 1,1 - hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng
khi tính tiếp xúc (bảng 6.7 trang 98 tài liệu tham khảo [1])
- Theo tiêu chuẩn ta chọn a = 315 mm
Trang 35p = 11,20 (nằm trong khoảng 8 - 20)
3.2.5 Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
- Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc:
+ Theo bảng 6.5 trang 96 tài liệu tham khảo [3], Z M = 274MPa 1/3- hệ số kể đến
cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp
Trang 37xuất hiện trong vùng ăn khớp;
- Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc bánh răng nhỏ:
2TK (u br + 1) 2.833098,98.1,3239(5,1 + 1) 164.5,1.103,27872
- Ứng suất tiếp xúc trên mặt răng làm việc bánh răng lớn:
- Ứng suất tiếp xúc cho phép:
= 177,11 Mpa